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1、DNA的生物合成,一.DNA的复制二.反转录,中心法则（central dogma）是指遗传信息的流向所遵循的法则。Crick提出，在DNA分子可以自我复制（replication）传给子代的基础上，遗传信息可以从DNA传递给RNA（称为转录 transcription）再从RNA传递给蛋白质（称为翻译 translation），这是遗传信息流所遵循的中心法则。Temin 又证实RNA也可以是遗传信息的携带者，即DNA以RNA为模板反向转录合成。RNA本身也能自我复制，将遗传信息传给子代，从而修订了中心法则，其中包含了DNA得合成，RNA的合成及蛋白质的合成。,遗传学的中心法则,DNA复制：亲
2、代双链DNA分子在DNA聚合酶的作用下，分别以每条单链DNA分子为模板，聚合与自身碱基可以互补配对的游离的dNTP，合成出两条与亲代DNA分子完全相同的子代DNA分子的过程。1.DNA复制过程基本要点1.1 半保留复制 DNA由一条链合成互补的两条链，新合成的两个DNA分子与原来的DNA分子的碱基顺序完全一样，在此过程中，每个子代分子的一条链来自亲代DNA，另一条链则是新合成的，这种复制方式称为半保留复制(semi-conservative replication)。,一.DNA的复制,半保留复制是双链DNA普遍的复制机制。即使是单链的DNA分子，在其复制过程中通常也总是亲代DNA的两条链分开
3、，各自作为模板，通过碱基配对的法则，合成另一条互补链。碱基配对是核酸分子间传递信息的结构基础。无论是复制还是转录，在形成双链螺旋分子时都是通过碱基配对来完成的。,DNA合成期：起始、延长、终止三个阶段,DNA的合成过程,1.复制起始点（origin，ori）原核生物只有一个复制起始点；真核生物染色体DNA有多个复制起始点，同时形成多个复制单位，两个起始点之间的DNA片段称为复制子（replicon）。,一、复制的起始,2.复制叉（replication fork）复制时双链打开，分开成两股，新链沿着张开的模板生产，复制中形成的这种Y字形的结构称为复制叉。,3.双向复制（bidirectiona
4、lreplication）原核生物的复制是从一个起始点开始，同时向两个方向进行，称为双向复制。复制中的DNA成为状。,DNA复制的起始就是要解开双链和生成引物。（一）DNA解成单链由拓扑异构酶松弛超螺旋，解螺旋酶解开双链，SSB结合到单链上使其稳定。复制起始的解链需要多种蛋白质参与。这些蛋白质与复制起始点的特有序列结合，促使其邻近的DNA解链。,（二)引物合成引发体引导引物酶到达适当的位置合成引物。,（三）双向复制（bidirectional replication）原核生物：基因组是环状DNA，只有一个复制起始点。真核生物：染色体DNA有多个复制起始点，两个起始点之间的DNA片段称为复制子（
5、replicon)，复制子是独立完成复制的功能单位。真核生物多个复制起始点、复制子与复制叉,DNA聚合酶催化下，以解开的单链为模板，以四种dNTP为原料，进行聚合作用。即新进入的dNTP与引物3-OH形成磷酸二酯键，由53方向延长子链。,二、复制的延长,1.领头连（leading strand）顺着解链方向生成的子链，其复制是连续进行的，得到一条连续的子链。,一、半不连续复制,2.随从链(lagging strand）复制方向与解链方向相反，须等解开足够长度的模板链才能继续复制，得到的子链由不连续的片段所组成。,3.冈崎片段（okazaki fragment）1968年日本生化学者冈崎用电镜及
6、放射自显影技术，观察到DNA复制中出现一些不连续的片段，因而将这些不连续的片段称为冈崎片段。原核生物的冈崎片段为一至二千个核苷酸，真核生物约为数百个核苷酸。,一些简单低等生物或染色体以外的DNA复制的特殊形式。,（二）滚环复制（rolling circle replication）,是线粒体DNA（mitochondrial DNA，mtDNA）的复制形式。由DNA聚合酶-催化。两条链的复制起点的位置不同。,三、D环复制（D-loop replication）,D 环复制,1.随从链不连续片段的连接2.原核生物在复制终止点的汇合3.真核生物端粒的合成,四、复制的终止,原核生物环状DNA为双向复
7、制，复制片段在复制的终止点汇合。每个方向的领头链和相反方向的随从链的连接与不连续片段的连接相同。,原核生物复制的终止,染色体DNA呈线性，复制在末端停止。真核生物染色体线性DNA分子末端的结构通常膨大成粒状，称为端粒。,真核生物复制的终止,端粒的结构特点：1.由末端单链DNA序列和蛋白质构成 2.末端DNA序列是多次重复的富含G、C碱基的短序列端粒的功能：1.维持染色体的稳定性 2.维持DNA复制的完整性,端粒酶是一种RNA蛋白质复合体，它可以其RNA为模板，通过逆转录过程对末端DNA链进行延长。,端粒酶（telomerase）线性DNA在复制完成后，其末端由于引物RNA的水解而可能出现缩短。
8、故需要在端粒酶的催化下，进行延长反应。端粒酶的特点：1.由RNA和蛋白质构成的复合物 2.为特殊的逆转录酶，能以自身的RNA为模板逆转录合成端粒DNA端粒酶的功能：合成端粒DNA，维持端粒的长度,端粒酶的组成 端粒酶RNA 端粒酶协同蛋白 端粒酶逆转录酶端粒及端粒酶的意义 成年人端粒比胚胎细胞端粒短；老化与端粒酶活性下降有关；肿瘤的发生与端粒酶活性有关；端粒酶不一定能决定端粒的长度。,反转录：以反义RNA为模板，在反转录酶催化下转录为双链DNA的过程。反转录病毒是一组含有反转录酶的RNA病毒，对人类致病的主要有人类免疫缺陷病毒HIV和人类嗜T细胞病毒。,二、反转录,RNA肿瘤病毒亚科,慢病毒亚
9、科,泡沫病毒亚科,反转录酶（reverse transcriptase）从RNA病毒中发现，能催化以RNA为模板合成双链DNA的酶，全称为依赖RNA的DNA聚合酶。有三种活性：RNA指导的DNA聚酶活性 RNase H活性 DNA指导的DNA聚合酶活性,反转录是以dNTP为底物，以RNA为模板，tRNA(主要是色氨酸tRNA)为引物，在tRNA3桹H末端上，按53方向，合成一条与RNA模板互补的DNA单链，这条DNA单链叫做互补DNA(complementary DNA,cDNA)，它与RNA模板形成RNA桪NA杂交体。随后又在反转录酶的作用下，水解掉RNA链，再以cDNA为模板合成第二条DN
10、A链。至此，完成由RNA指导的DNA合成过程。,反转录过程,逆转录：以RNA为模板，依靠逆转录酶的作用，以四种脱氧核苷三磷酸(dNTP)为底物，产生DNA链。常见于逆转录病毒的复制中。,逆转录（Reverse Transcription）,1 逆转录先以经剪切作用除去内含子的成熟mRNA为模板，合成RNA/DNA杂化双链，2 然后水解RNA链，3 再以剩下的DNA单链为模板合成DNA双链。多次复制后形成多个DNA双链，然后以这些DNA双链中的每条双链的其中的单条(该条与原始病毒RNA链互补)为模板，复制出RNA(该RNA与原始病毒RNA相同。,逆转录过程,反转录是进行基因工程过程中，人为地提取
11、出所需要的目的基因的信使RNA，并以之为模板人工合成DNA的过程。逆转录是RNA类病毒自主行为，在整合到宿主细胞内以RNA为模板形成DNA的过程。二者虽同为RNADNA的过程，但地点不同，相对性的来说，反转录在体外，逆转录在体内。,反转录与逆转录的区别:,(1)有包膜，球形，直径80120nm。(2)病毒核酸为两条相同的单正链RNA形成的二聚体。(3)病毒核心中含有反转录酶和整合酶。(4)具有gap、pol和env 3个结构基因。(5)基因组复制有一个独特的反转录过程，病毒基因组先反转录成双链DNA，然后整合到宿主细胞的染色体DNA中,反转录病毒的共同特征：,gap、pol和env基因：,球形
12、，100-140nm，有包膜，包膜外有刺突病毒核心为二条相同+ssRNA，由5端部分碱基互补成二倍体。9-10 KB。与内层衣壳构成电子致密的中央类核，呈圆形或圆柱形，即C型或D型病毒颗粒基因组相似，含有序列和功能相似的gag、pol、env三个结构基因和多个调节基因病毒体含逆转录酶，核酸内切酶和RNA酶H病毒增殖:在逆转录酶作用下先合成cDNA，整合到染色体形成前病毒（Provirus）,通过血液途径、性途径和垂直传播,反转录病毒的DNA基因组整合在宿主染色体上的位点是随机的。每个受感染的细胞一般有110份前病毒拷贝。反转录病毒DNA的整合是复制病毒RNA的必经阶段。只有当受感染细胞处于细胞分裂期间，反转录病毒DNA基因组才能接触到宿主细胞的遗传物质。因此，反转录病毒只能在分裂中的细胞内复制。,逆转录酶和逆转录现象，是分子生物学研究中的重大发现。逆转录现象说明：至少在某些生物，RNA同样兼有遗传信息传代与表达功能。对逆转录病毒的研究，拓宽了20世纪初已注意到的病毒致癌理论。,逆转录研究的意义：,
